Apa itu penyimpanan flash?

Solusi penyimpanan flash berkisar dari drive USB hingga array tingkat perusahaan dan tidak boleh disamakan dengan memori akses acak (RAM) atau memori jangka pendek. Dibandingkan dengan hard disk drive dengan komponen yang bergerak, flash drive USB dapat mencapai waktu respons kecepatan tinggi (misalnya, latensi mikrodetik). Perangkat ini menggunakan memori nonvolatil (NVM), yang berarti bahwa data tidak hilang saat daya dimatikan.

Penyimpanan flash juga menggunakan solid-state drive (SSD) yang sangat tersedia dan membutuhkan lebih sedikit energi dan ruang fisik daripada penyimpanan disk mekanis.

Saat ini, memori flash merupakan komponen penting yang ditemukan dalam perangkat penyimpanan (flash drive USB, kartu SD), telepon pintar, perangkat seluler, dan kamera digital. 

Penyimpanan flash dikembangkan untuk mengatasi kebutuhan yang terus meningkat akan penyimpanan non-volatile, ringkas, dan hemat energi, karena perangkat elektronik menjadi lebih kecil dan lebih portabel.

Pada tahun 1986, Toshiba memperkenalkan chip memori flash NAND pertama, yang dioptimalkan untuk penyimpanan ringkas dan kecepatan tulis yang cepat untuk mendukung aplikasi penyimpanan (SSD, kartu memori). Pada tahun 1993, Intel merilis NOR flash, yang lebih cocok untuk aplikasi yang membutuhkan pembacaan data cepat, seperti sistem tertanam (kode boot, firmware).

Memori flash menawarkan kinerja terobosan dan dengan segera membuat dunia penyimpanan data gonjang-ganjing, meningkatkan kinerja disk dan kartu memori. Seiring dengan meningkatnya penggunaan data dan perangkat yang semakin ringan dan kecil, sistem flash terbukti sebagai cara tercepat untuk menyimpan, menulis, memprogram ulang, dan mentransfer informasi digital.

Pada tahun 2000, USB flash drive (juga dikenal sebagai thumb drive) dikembangkan untuk menyimpan dan mentransfer file. Perangkat portabel ini kompak, dengan kapasitas yang jauh lebih besar daripada sistem penyimpanan sebelumnya. Pada tahun 2005, Apple merilis iPod berbasis flash pertamanya, mempercepat adopsi teknologi penyimpanan flash oleh konsumen.

Pada akhir 2000-an, solid-state drive (SSD) berbasis flash mulai menggantikan hard disk drive (HDD) di laptop dan lingkungan pusat data, menawarkan waktu boot yang lebih cepat, konsumsi daya yang lebih sedikit, dan daya tahan yang lebih besar.

Evolusi teknologi sel telah menandai kemajuan signifikan dalam kapasitas penyimpanan flash. Dimulai dengan teknologi sel tingkat tunggal (SLC) yang menyimpan 1 bit per sel, industri berkembang ke teknologi multilevel-cell (MLC) yang menyimpan 2 bit per sel pada pertengahan 2000-an. Toshiba memperkenalkan teknologi sel tiga tingkat (TLC) pada tahun 2009, dan Samsung mengadopsinya pada tahun 2010, memungkinkan penyimpanan 3 bit informasi per sel. Setiap generasi meningkatkan kepadatan penyimpanan sambil menyeimbangkan pertimbangan kinerja.

Pergeseran ini dipercepat pada tahun 2010-an dengan diperkenalkannya teknologi 3D NAND, yang menumpuk sel memori secara vertikal untuk meningkatkan kepadatan penyimpanan dan mengurangi biaya per gigabyte.

Pada awal 2011, rilis NVMe (nonvolatile memory express) sebagai antarmuka flash-native semakin membuka potensi flash, memungkinkan latensi ultra-rendah dan kinerja throughput tinggi di seluruh koneksi periferal komponen interconnect express (PCIe).

Pada tahun 2018, Micron memperkenalkan flash drive quad-level cell (QLC) yang menggunakan 4 bit data per sel, sehingga meningkatkan densitas sebesar 33% dibandingkan TLC. Dibandingkan dengan TLC, QLC menawarkan kapasitas dan keterjangkauan yang lebih baik, tetapi lebih lambat untuk berkinerja dan memiliki daya tahan yang lebih rendah. Keduanya paling cocok untuk beban kerja intensif baca, seperti penyimpanan arsip, pengiriman konten, dan inferensi AI, daripada aplikasi yang berat menulis seperti platform media sosial.

Bagi perusahaan besar, kecepatan dan kepadatan flash telah membuatnya teknologi penyimpanan pilihan, dan sebagian besar telah menggantikan hard disk sebagai media penyimpanan utama primer di pusat data. Flash juga telah menjadi dasar bagi infrastruktur TI modern, yang mendukung segalanya mulai dari komputasi edge hingga pelatihan model AI.

Hard disk drive menggunakan perangkat keras elektromekanis untuk menyimpan informasi digital. Drive ini hemat biaya dan ideal untuk penyimpanan jangka panjang dan file besar. Namun, hard disk drive rentan terhadap kerusakan fisik seiring berjalannya waktu dan memiliki masalah latensi karena komponen yang bergerak.

Memori flash sekarang mengasumsikan fungsi yang sebelumnya disediakan untuk hard disk drive komputer. Misalnya, ketika komputer melakukan booting, memori ini berjalan melalui urutan sistem input/output dasar (BIOS). Firmware yang pertama kali berisi BIOS memerlukan chip memori hanya-baca (ROM), tetapi sistem modern menggunakan memori flash untuk BIOS, sehingga konten dapat ditulis ulang tanpa mengeluarkan chip dari papan sistem.

Media flash dapat digunakan untuk menambah jenis penyimpanan ini, sehingga memungkinkan aplikasi bekerja lebih cepat dan berkembang lebih jauh. Sementara HDD terus berfungsi sebagai penyimpanan arsip yang hemat biaya, beban kerja perusahaan semakin menuntut kecepatan dan keandalan yang dapat disediakan oleh teknologi flash.

Lingkungan penyimpanan utama sekarang biasanya menggunakan latensi mikrodetik flash dan kemampuan IOPS yang tinggi, sementara Penyimpanan berbasis perangkat lunak (SDS) menciptakan kumpulan tervirtualisasi yang secara cerdas mengelola data di kedua jenis media. Konvergensi teknologi ini memungkinkan organisasi untuk menerapkan pendekatan hybrid—menggunakan flash untuk beban kerja penting kinerja sambil mengarahkan data yang kurang sering diakses, termasuk pencadangan SaaS, ke sistem penyimpanan tradisional yang lebih ekonomis.

Penyimpanan flash bergantung pada memori flash, semikonduktor yang terdiri atas jutaan transistor MOSFET gerbang mengambang kecil. Transistor ini disusun dalam pola kisi-kisi yang mirip dengan blok kota, dengan setiap persimpangan berisi transistor khusus yang mampu menyimpan informasi.

Unit penyimpanan dasar dalam memori flash adalah sel memori flash. Setiap sel berisi transistor gerbang mengambang yang dapat mempertahankan muatan listrik bahkan ketika daya dilepas.

Apa yang membuat transistor ini istimewa adalah desain dua gerbang mereka yang unik. Gerbang kontrol berada di atas dan mengatur aliran listrik, sementara gerbang apung tetap terisolasi oleh lapisan oksida isolasi. Ketika data ditulis ke memori flash, tegangan diterapkan ke gerbang kontrol, memaksa elektron untuk menembus isolasi dan terperangkap pada gerbang mengambang. Elektron yang terperangkap ini mengubah sifat listrik transistor, mewakili biner 1 d dan 0 d. Karena gerbang mengambang dikelilingi oleh isolasi, elektron-elektron ini tetap terperangkap tanpa batas waktu, menjaga akses data tanpa memerlukan daya yang konstan.

Memori flash terbagi ke dalam klasifikasi densitas rendah, sedang, dan tinggi, dengan penyimpanan densitas lebih tinggi yang mengemas lebih banyak sel ke dalam ruang fisik yang sama. Kemajuan teknologi ini telah memungkinkan pengembangan perangkat yang semakin ringkas dengan kapasitas penyimpanan yang besar, dari drive USB hingga smartphone hingga solid-state drive yang dapat menyimpan terabyte informasi.

Teknologi memori flash dapat diimplementasikan dalam berbagai bentuk dan konfigurasi, masing-masing melayani kebutuhan kinerja dan contoh penggunaan yang berbeda. Berikut ini ikhtisar jenis-jenis utamanya:

Berikut ini adalah beberapa antarmuka dan protokol penyimpanan flash yang paling penting:

• NVMe

• Antarmuka SAS dan SATA

• NVMe pada Struktur (NVMe-OF)

Nonvolatile Memory Express (NVMe) adalah antarmuka yang digunakan untuk mengakses penyimpanan flash melalui bus interconnect express (PCIe) komponen periferal. NVMe memungkinkan ribuan permintaan paralel pada satu koneksi. Solusi ini merampingkan interaksi antara aplikasi dan penyimpanan dan secara signifikan meningkatkan kinerja. NVMe sekarang menjadi protokol dominan untuk penyimpanan flash berkinerja tinggi dan sangat penting untuk aplikasi sensitif latensi seperti analitik real-time dan beban kerja AI.

SAS (serial attached SCSI) dan SATA (Serial Advanced Teknologi Attachment) adalah dua antarmuka yang banyak digunakan yang menghubungkan perangkat penyimpanan ke sistem komputer. Meskipun awalnya dikembangkan untuk hard disk drive, mereka juga digunakan dengan SSD berbasis flash. SATA biasanya ditemukan di perangkat konsumen, sedangkan SAS disukai di lingkungan penyimpanan perusahaan karena keandalan dan throughputnya yang lebih tinggi.

Meskipun protokol yang lebih baru seperti NVMe secara bertahap menggantikannya, SAS dan SATA tetap umum digunakan pada sistem lama dan penerapan dengan anggaran terbatas. Mereka juga membantu memperpanjang umur infrastruktur yang ada, sehingga berguna dalam lingkungan yang sedang mengalami peningkatan bertahap.

NVMe over Fabrics memperluas protokol NVMe di seluruh struktur jaringan, seperti Ethernet, Fibre Channel atau InfiniBand. Struktur jaringan ini memungkinkan perangkat penyimpanan flash diakses dari jarak jauh dengan latensi rendah dan kinerja tinggi yang hampir sama dengan drive NVMe yang terpasang langsung. NVMe-OF sangat ideal untuk lingkungan terdistribusi skala tinggi, seperti pusat data modern dan infrastruktur cloud, di mana penyimpanan harus cepat, tangguh, dan dapat dibagikan.

Penyimpanan flash digunakan dalam berbagai aplikasi, karena kecepatan, daya tahan, dan efisiensi energinya:

• Pusat data perusahaan: besar mengandalkan solid-state drive (SSD) berbasis flash dan array all-flash untuk mendukung beban kerja yang sangat penting, mengurangi latensi, dan dapat memastikan ketersediaan tinggi di lingkungan pusat data. Penyimpanan flash mempercepat pemrosesan data untuk analitik real-time, layanan cloud, dan aplikasi kecerdasan buatan (AI). Penyimpanan flash di pusat data juga meningkatkan kemampuan manajemen data yang memungkinkan pengindeksan cepat, pengambilan, dan pemrosesan kumpulan data yang luas, yang mengoptimalkan kinerja basis data dan meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan.

• Perangkat seluler: Penyimpanan flash sangat penting untuk telepon pintar, tablet, dan laptop, menawarkan akses cepat ke aplikasi, file sistem, dan data pengguna. Sifat memori flash yang ringkas memungkinkan desain yang ramping dan ringan tanpa mengurangi kinerja.

• Game dan grafis: Gamer mendapat manfaat dari transfer data penyimpanan flash berkecepatan tinggi, memungkinkan waktu muat yang cepat dan pemrosesan grafis yang ditingkatkan. Penyimpanan flash juga meningkatkan kinerja konsol game dan alat pengeditan video.

• Perangkat IoT: Memori flash banyak digunakan di perangkat Internet of Things (IoT) karena kecepatan dan konsumsi daya yang rendah. Dari gadget rumah pintar hingga sensor IoT industri, penyimpanan flash dapat memastikan pengumpulan data cepat, pemrosesan, dan transmisi.

• Komputasi edge: Dengan meningkatnya permintaan untuk memproses data yang lebih dekat dengan sumbernya, penyimpanan flash memainkan peran penting dalam lingkungan edge. Hal ini memungkinkan penyimpanan dan pengambilan data yang cepat dan di tempat, yang sangat penting untuk aplikasi yang membutuhkan pengambilan keputusan secara real-time.

• Penyimpanan cloud: Penyimpanan flash menopang infrastruktur cloud modern, menyediakan akses berkecepatan tinggi ke sejumlah besar data di seluruh lingkungan terdistribusi. Skalabilitas dan kinerjanya adalah pendorong utama dalam meningkatnya adopsi penyimpanan cloud dan layanan lainnya.

• Otomotif: Memori flash semakin banyak digunakan dalam kendaraan untuk aplikasi seperti navigasi, sistem hiburan, dan teknologi mengemudi otonom.

Dalam lingkungan perusahaan, penyimpanan flash telah menjadi komponen penting dari pendekatan keamanan data. Kecepatan penyimpanan flash membantu meningkatkan praktik pencadangan dan pemulihan, mengurangi waktu pemulihan saat menanggapi insiden keamanan atau kegagalan sistem.

Banyak organisasi sekarang menggunakan pendekatan pencadangan celah udara dengan perangkat penyimpanan flash yang dapat dilepas dengan memutuskan secara fisik data cadangan penting dari jaringan untuk membatasi paparan ransomware dan ancaman siber lainnya. Pemisahan fisik ini memberikan lapisan perlindungan yang efektif terhadap serangan berbasis jaringan.

Kinerja penyimpanan flash mendukung ketahanan siber melalui aplikasi praktis seperti data replication, cuplikan gambar, dan enkripsi dengan dampak yang lebih kecil pada kinerja sistem daripada penyimpanan tradisional. Di industri yang diatur, penyimpanan flash dapat membantu memenuhi kewajiban kepatuhan melalui fitur seperti fungsi WORM (Write Once Read Many) dan kontrol akses yang berkontribusi pada arsitektur keamanan secara keseluruhan.